SVEUĈILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU

ODJEL ZA FIZIKU

ŢELJKO BOŢIĆ

KVALITETA ELEKTRIĈNE ENERGIJE NA

NISKONAPONSKOM RAZVODU U TEHNIĈKOJ ŠKOLI

NIKOLE TESLE U VUKOVARU

Diplomski rad

Osijek, 2011.

SVEUĈILIŠTE JOSIPA JURJA STROSSMAYERA U OSIJEKU

ODJEL ZA FIZIKU

ŢELJKO BOŢIĆ

KVALITETA ELEKTRIĈNE ENERGIJE NA

NISKONAPONSKOM RAZVODU U TEHNIĈKOJ ŠKOLI

NIKOLE TESLE U VUKOVARU

Diplomski rad

predloţen Odjelu za fiziku Sveučilišta J. J. Strossmayera u Osijeku

radi stjecanja zvanja profesora fizike i tehničke kulture s informatikom

Voditelji: prof. dr. sc. Srete Nikolovski

dr. sc. Zvonimir Klaić

Osijek, 2011.

ii

Ovaj diplomski rad je izraĊen u Osijeku pod vodstvom prof.dr.sc. Srete

Nikolovskog dipl.ing. i dr.sc. Zvonimira Klaića dipl.ing. u sklopu Sveuĉilišnog

diplomskog studija fizike i tehniĉke kulture s informatikom na Odjelu za

fiziku Sveuĉilišta Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku.

iii

Zahvala

Od srca zahvaljujem prof.dr.sc. Srete Nikolovskom dipl.ing., mentoru i dr.sc. Zvonimiru Klaiću

dipl.ing., sumentoru s Elektrotehničkog fakulteta u Osijeku na vremenu i osobnom angaţmanu

koje su uloţili prilikom nastanka diplomskog rada. Istovremeno, ustupili su i postavili, na sedam

dana, najsuvremeniju mjernu opremu u Tehničkoj školi Nikole Tesle u Vukovaru bez čega ovaj

rad ne bi bilo moguće izraditi.

iv

Sadrţaj

Saţetak ......................................................................................................................................... vi

Abstract ...................................................................................................................................... vii

1. Uvod ......................................................................................................................................... 1

2. Teorija ……….......................................................................................................................... 3

2.1. Norme za kvalitetu električne energije ............................................................................. 3

2.2. Europska norma EN 50160 ............................................................................................... 4

2.2.1. Općenito o normi EN 50160 .................................................................................. 4

2.2.2. Temeljni pokazatelji napona norme EN 50160 ..................................................... 5

2.3. Pokazatelji kvalitete električne energije ............................................................................ 7

2.3.1. Kolebanje napona i treperenje ............................................................................... 8

2.3.1.1. Promjene napona prema EN 50160 .............................................................. 9

2.3.1.2. Izvori kolebanja i treperenja napona ........................................................... 11

2.3.1.3. Posljedice i metode za poboljšanja kod kolebanja i treperenja napona ...... 12

2.3.2. Naponski propadi i prekidi ................................................................................... 13

2.3.2.1. Naponski propadi i prekidi u EN 50160 ..................................................... 14

2.3.2.2. Izvori naponskih propada i prekida ............................................................ 15

2.3.2.3. Posljedice i metode za poboljšanja kod naponskih propada i prekida ........ 16

2.3.3. Previsoki naponi i prenaponi ................................................................................ 19

2.3.3.1. Previsoki naponi u EN 50160 ..................................................................... 19

2.3.3.2. Izvori previsokih napona ............................................................................ 19

2.3.3.3. Posljedice i metode za poboljšanja kod previsokih napona ........................ 19

2.3.4. Harmonici ............................................................................................................. 21

2.3.4.1. Napon višeg harmonika u EN 50160 .......................................................... 22

2.3.4.2. Izvori harmonika ......................................................................................... 23

2.3.4.3. Posljedice i metode za poboljšanja kod harmonika .................................... 25

2.3.5. Naponska nesimetrija ........................................................................................... 31

2.3.5.1. Naponska nesimetrija u EN 50160 ............................................................. 32

2.3.5.2. Izvori nesimetrije ........................................................................................ 32

2.3.5.3. Posljedice i metode za poboljšanja kod nesimetrije ................................... 33

v

3. Mjerenje ……………............................................................................................................ 34

3.1. Mreţni analizator FLUKE 1745 ..................................................................................... 34

3.1.1. FLUKE 1745 – tehničke značajke ....................................................................... 36

3.2. IzvoĎenje mjerenja ......................................................................................................... 37

4. Analiza rezultata mjerenja …………….............................................................................. 38

5. Zakljuĉak …………….......................................................................................................... 48

Literatura ……………............................................................................................................... 50

Ţivotopis ……………................................................................................................................. 51

vi

Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku Diplomski rad

Odjel za fiziku

Kvaliteta elektriĉne energije na niskonaponskom razvodu

u Tehniĉkoj školi Nikole Tesle u Vukovaru

Ţeljko Boţić

Saţetak:

Liberalizacija trţišta električne energije započela je definiranjem električne energije kao robe

odreĎene kvalitete. Odrţavanje odreĎene razine kvalitete napona u nekoj točki mreţe obveza je

isporučitelja električne energije. MeĎutim, elektrodistributivni sustav sadrţi sve veći broj

elemenata nelinearnih karakteristika koji generiraju negativna povratna djelovanja i narušavaju

pravilan rad mreţe. Stoga je potrebno mjeriti i analizirati kvalitetu električne energije.

S obzirom na veliki broj nelinearnih trošila u Tehničkoj školi Nikole Tesle u Vukovaru, svrha

diplomskog rada je analizirati kvalitetu električne energije u zgradi škole. Mjerenje je vršeno na

niskonaponskom razvodu školske strojarske radionice, a korišten je suvremeni mreţni analizator

FLUKE 1745. Pokazatelji kvalitete električne energije mjereni su sukladno Europskoj normi EN

50160 i analizirani pomoću programske aplikacije PQ Log.

(59 stranica, 35 slika, 3 tablice)

Rad je pohranjen u knjiţnici Odjela za fiziku

Kljuĉne rijeĉi: kvaliteta električne energije / nelinearna trošila / povratna djelovanja /

niskonaponski razvod / norma EN 50160 / mreţni analizator / program PQ Log

Mentor: prof.dr.sc. Srete Nikolovski

Sumentor: dr.sc. Zvonimir Klaić

Ocjenjivaĉi: doc.dr.sc. Zvonko Glumac, doc.dr.sc. Denis Stanić

Rad prihvaćen: 01.07.2011.

vii

J. J. Strossmayer University in Osijek Bachelor of Science Thesis

Department of Physics

Quality of electricity at low voltage divorce

in Nikola Tesla Technical School in Vukovar

Ţeljko Boţić

Abstract:

Liberalisation of the electricity market was initiated by defining electricity as a commodity of

specified quality. Maintaining a certain level of voltage quality at some point in the network is

the obligation of electricity suppliers. However, the power distribution system includes an

increasing number of elements of non-linear characteristic that generate a negative feedback

effect and impair the proper operation of the network. It is therefore necessary to measure and

analyze the quality of electricity

Given the large number of nonlinear loads in Nikola Tesla Technical School in Vukovar, the

purpose of the thesis is to analyze the quality of electricity in the school building. The

measurement was carried out at low voltage divorce in the school’s engineering workshops, and

a modern network analyzer FLUKE 1745 was used. Indicators of power quality were measured

according to European standards EN 50160 and analyzed by PQ Log program application.

(59 pages, 35 pictures, 3 tables)

Thesis is deposited in Library's Department of Physics

Keywords: electric power quality / nonlinear loads / retroactive / low voltage distribution / norm

EN 50160 / network performance analyser / program PQ Log

Supervisor: prof.dr.sc. Srete Nikolovski

Co-supervisor: dr.sc. Zvonimir Klaić

Reviewers: doc.dr.sc. Zvonko Glumac, doc.dr.sc. Denis Stanić

Theesis accepted: 01.07.2011.

1

1. Uvod

Električna energija, radi mogućnosti pretvorbe u druge oblike energije je najuporabljivija,

najraširenija i jedna od najvaţnijih temelja industrijskog društva koju danas tretiramo kao robu.

Njene osnovne značajke, osim amplitude napona i frekvencije bile su standardizirane vrlo kasno.

Zbog svoje neopipljivosti i promjenjivosti, ona je jedinstven proizvod čija kvaliteta ne ovisi

samo o elementima koji je proizvode, nego i o načinu njene uporabe, odnosno od povratnog

djelovanja brojnih trošila.

OdreĎivanje dopunskih kriterija za vrednovanje njene kvalitete postalo je nuţno tek s

povećanom uporabom električnih aparata s nelinearnim karakteristikama i djelovanjem. Takvi

aparati i oprema, s jedne strane za svoj rad trebaju kvalitetan napon, a s druge strane taj napon

svojim vlastitim djelovanjem jako kvare. Zbog sloţenosti funkcija koje obavljaju te zbog

uzajamnog meĎudjelovanja, električna trošila postaju sve kompleksnija. To su u prvom redu

aparati i oprema čiji se rad zasniva na radu mikroprocesora i logičkih sklopova za koje je bitno

da imaju što manje prekida u radu. Prednosti automatiziranih sustava i pogona s promjenjivom

brzinom u industriji, informacijskih sustava te fluorescentne kompaktne rasvjete u usluţnoj

djelatnosti i kućanstvima rezultiraju značajnim i ubrzanim razvojem ovih ureĎaja i njihovom sve

širom uporabom.

Dakle, sve je više potrošača koji generiraju smetnje u mreţi, te njihova povećana razina moţe

izazvati troškove u distribucijskom sustavu, ali isto tako i na razini potrošača. Troškovi mogu

biti posljedica raznih čimbenika kao što su povećano zagrijavanje (Jouleovi gubici), prerano

starenje komponenti, neispravno funkcioniranje opreme i industrijskih procesa, potreba za

smanjivanjem opterećenja opreme i drugo. Smetnje i posljedične troškove nije moguće u

potpunosti suzbiti, ali ih se moţe u znatnoj mjeri smanjiti ili ublaţiti. Osnova za ublaţavanjem

posljedica, a ujedno i prvi korak je mjerenje i analiza kvalitete električne energije. Prema tome,

nisu samo odgovorni isporučitelji nego i potrošači, a za odreĎivanje osnovnih zahtjeva,

odgovornosti raznih strana i metoda karakteriziranja kvalitete električne energije, potrebne su

norme.

Kako se sve više pribliţavamo potpunom otvaranju ili liberalizaciji trţišta električne energije u

Hrvatskoj se očekuje prihvaćanje Europske norme za kvalitetu električne energije u

elektrodistribucijskom sustavu – EN 50160. U Tehničkoj školi Nikole Tesle u Vukovaru, čiji

sam djelatnik, ima veliki broj informatičke i komunikacijske opreme, fluorescentne rasvjete, a u

školskoj zgradi je i strojarska radionica s vrlo raznovrsnim trošilima (od zastarjele do

2

najmodernije opreme i strojeva). Stoga je cilj ovog diplomskog rada istraţiti rezultate mjerenja,

koje je vršeno na niskonaponskom razvodu u školskoj strojarskoj radionici tijekom punih 7 dana,

te analizom utvrditi u kojoj mjeri rezultati zadovoljavaju granične vrijednosti norme EN 50160.

U teorijskom dijelu ovog rada navedene su neke norme za kvalitetu električne energije, posebno

je opisana norma EN 50160, a zatim su opisani pokazatelji kvalitete električne energije.

Eksperimentalni dio sadrţi opis samog ureĎaja kojim je mjerenje izvršeno, te detaljan opis

postavljanja opreme i sam tijek mjerenja. U poglavlju analize rezultata mjerenja, prikazani su

rezultati i njihova analiza pomoću programa PQ Log. Zaključak je poglavlje u kojem su

nabrojani pokazatelji koji odstupaju od graničnih vrijednosti spomenute norme i eventualni

uzrok njihovog nastanka, te generalna ocjena kvalitete električne energije u Tehničkoj školi

Nikole Tesle u Vukovaru.

3

2. Teorija

2.1. Norme za kvalitetu elektriĉne energije

Od samog početka komercijalne uporabe električne energije, isporučitelji imaju potrebu

standardizirati svoj proizvod. Prije svih se standardizirala amplituda napona (nazivni napon) i

frekvencija. Stalnim porastom primjene električne energije u svakodnevnom ţivotu, potrošači

očekuju sigurnu uporabu, kako u privatnom, tako i u poslovnom ţivotu, te u bilo koje vrijeme i s

razinom kvalitete koja im omogućuje uporabu bilo koje elektroničke opreme s prikladnom

pouzdanošću.

Trošila postaju sve kompleksnija, osjetljivija i povećana je primjena nelinearnih ureĎaja kako bi

se povećala njihova učinkovitost, raste i potreba za sve kvalitetnijom električnom energijom, a

istodobno ti isti ureĎaji negativno utiču na njenu kvalitetu. Sve ovo vodi potrebi za normama

kvalitete električne energije koje obvezuju isporučitelje, ali i potrošače. Elektrodistributeri

trebaju norme kako bi se postavila ona ograničenja naponskih poremećaja proizvedenih

nelinearnim trošilima vlastitih potrošača, koja elektroenergetski sustav moţe podnijeti. Krajnji

potrošači, opet, trebaju norme kako bi se postavila ograničenja, ne samo za poremećaje koje

proizvode isporučitelji, nego i zbog harmonika generiranih trošilima drugih potrošača.

Brojne su meĎunarodne i nacionalne organizacije razvile razne norme za kvalitetu električne

energije, a najčešće su korištene sljedeće norme:

IEEE (meĎunarodne)

IEC (meĎunarodne)

EN (CENELEC, europske)

Zemlje Europske unije prihvatili su normu EN 50160 ''Obiljeţja napona u javnim distribucijskim

mreţama''. Kako se očekuje da će i Hrvatska, ulaskom u Europsku uniju, takoĎer prihvatiti ovu

normu, u ovom radu se rezultati mjerenja vrjednuju upravo prema ograničenjima zadanim ovom

normom.

4

2.2. Europska norma EN 50160

Prednacrt ove europske norme izradila je organizacija CENELEC (engl. European Committe for

Electritechnical Standardization). Nacrt donesen u rujnu 1993. godine podvrgnut je

jednostupanjskom postupku prihvaćanja i CENELEC ga je 5. srpnja 1994. godine prihvatio kao

normu EN 50160.

Članovi CENELEC-a duţni su drţati se pravilnika CENELEC-a u kojem su utvrĎeni uvjeti pod

kojim se ovoj europskoj normi mora, bez ikakve promjene, dati status nacionalne norme.

Osuvremenjeni popis norma, koje su preuzimanjem postale nacionalne norme, zajedno s

njihovim bibliografskim podacima, moţe se na zahtjev dobiti od glavnog tajništva ili svake

članice CENELEC-a. Ova europska norma postoji u tri sluţbene verzije (njemačkoj, engleskoj i

francuskoj). Isti status, kao i te sluţbene verzije, ima i verzija na nekom drugom jeziku koju neka

članica CENELEC-a, na vlastitu odgovornost, načini prevoĎenjem na svoj jezik i prijavi

glavnom tajništvu.

2.2.1. Općenito o normi EN 50160

Ova norma definira i opisuje bitne značajke razdjelnog napona na mjestu predaje potrošaču u

javnim niskonaponskim i srednjenaponskim mreţama pri normalnim pogonskim uvjetima.

Ova norma ne vrijedi:

a) za pogon nakon nekog kvara i za mjere privremene opskrbe, koje se primjenjuju kako

bi se omogućila daljnja opskrba potrošača pri zahvatima odrţavanja i pri gradnji te

kako bi se na najmanju mjeru ograničili opseg i trajanje prekida opskrbe;

b) u slučajevima kad postrojenje ili ureĎaj potrošača ne udovoljava mjerodavnim

normama ili tehničkim uvjetima za priključak, ili kad su prekoračene granične

vrijednosti smetnje prenošene vodovima;

c) u slučajevima kad neko postrojenje za proizvodnju ne udovoljava mjerodavnim

normama ili tehničkim uvjetima za priključak na razdjelnu mreţu (npr. postrojenja za

proizvodnju energije);

d) u iznimnim prilikama na koje moţe utjecati isporučitelj električne energije, posebno

kod:

iznimnih vremenskih (ne)prilika ili prirodnih katastrofa,

5

smetnja koje su izazvale treće strane,

mjera javnih tijela ili tijela vlasti,

radnih sporova (prema zakonskim odredbama),

više sile,

ograničenja kapaciteta opskrbe poradi izvanjskih utjecaja.

Ova norma moţe se u cjelini ili djelomično nadomjestiti ugovorom (dogovorom) izmeĎu

pojedinog potrošača i isporučitelja električne energije. U ovoj normi opisana obiljeţja opskrbnog

napona nisu predviĎena za uporabu kao razina elektromagnetske kompatibilnosti ili kao granične

vrijednosti smetnja, koje se iz postrojenja potrošača po vodovima prenose u javne mreţe.

Svrha je ove norme utvrditi i opisati obiljeţja razdjelnog napona glede:

frekvencije,

veličine,

oblika krivulje,

simetrije triju napona faznih vodiča.

Te se značajke za vrijeme normalnog pogona mijenjaju radi kolebanja tereta, smetnja iz

odreĎenih postrojenja i kvarova, koji su preteţno izazvani izvanjskim dogaĎanjima. Značajke

napona su izrazito slučajne naravi, kako glede vremenskog tijeka na nekom promatranom mjestu

predaje, tako i u jednom trenutku glede mjesne razdiobe po svim mjestima predaje u nekoj

mreţi. S obzirom na te ovisnosti, valja računati s time da će se navedene razine značajka

opskrbnog napona u rijetkim slučajevima prijeći. Pojedine pojave, koje utječu na opskrbni

napon, potpuno su nepredvidive, tako da nije moguće za odgovarajuće značajke navesti čvrste

vrijednosti. Vrijednosti koje su za te pojave dane u normi, npr. za propade napona i prekide

napona, valja sukladno tome smatrati orijentacijskim vrijednostima.

2.2.2. Temeljni pokazatelji napona norme EN 50160

1. Kolebanje napona

2. Treperenje (Flicker): kratkoročno (Pst) i dugoročno (Plt)

3. Napon viših harmonika i meĎuharmonika

6

4. Signalni napon

5. Frekvencija opskrbnog napona

6. Nesimetričnost (asimetričnost) napona

7. Naponski propadi i/ili udarna prijelazna stanja, prenaponi

8. Prekidi opskrbe

Tablica 1.1 ukratko prikazuje ograničenja za pokazatelje kvalitete električne energije u

distribucijskim mreţama, kako ih propisuje Europska norma EN 50160 za obiljeţja niskog

napona (NN). Detaljan opis pokazatelja kvalitete električne energije i njihova ograničenja u

odnosu na normu, nalaze se u poglavlju 2.3.

EN 50160

Pokazatelji Mjerna

jedinica

Vrijeme

usrednjavanja

Ograniĉenja

Kolebanje

napona V 10 min

10 % Un za 95 % tjedna

+ 10/-15 % Un za 5 % tjedna

Treperenje

(Flicker) Plt

Pst – 10 min

Plt – 120 min Plt 1, za 95 % tjedna

Harmonici % U 10 min Tablica do 40. harmonika

THD napona % Un 10 min < 8 % Un

Signalni napon % Un 3 s < 5 % Un (1-10 kHz) u 99% od 24 sata

Frekvencija Hz 10 s 1 % fn za 99,5 % tjedna

+ 4/-6 % fn za 0,5 % tjedna

Nesimetričnost % Un 10 min < 2 % Un

Propadi Broj 10 ms nekoliko desetaka do tisuću godišnje

Kratki prekidi Broj < 3 min. – nekoliko desetaka do stotina godišnje

Dugi prekidi Broj 3 min. – < 10 – 50 godišnje

Tablica 2.1. Sumarno prikazana ograničenja pokazatelja norme EN 50160

7

2.3. Pokazatelji kvalitete elektriĉne energije

Temeljne komponente kvalitete napajanja električnom energijom su:

neprekinutost: stupanj raspoloţivosti električne energije krajnjem korisniku tijekom

vremena (u svakom trenutku)

razina napona: specificirani opseg unutar kojega se odrţava napon tijekom vremena (u

svakom trenutku)

Isporučivanje električne energije se vrši pomoću napona koji se dobiva s jednofaznih ili trofaznih

sinusnih sustava, a ima sljedeće glavne parametre:

amplitudu

frekvenciju

valni oblik

simetriju napona.

Kvaliteta električne energije koja ima sinusni napon i struju bez izobličenja te ima unaprijed

zadanu amplitudu i frekvenciju, često se ocjenjuje kao "dobra" i obrnuto, električna energija

"loše" kvalitete ima izobličen sinusni napon i struju ili napon struja i/ili frekvencija izlaze iz

zadanih ograničenja. Uzročni ili početni dogaĎaji u elektroenergetskom sustavu koji "dobru"

kvalitetu električne energije čine "lošom" su prirodne ili ljudske naravi. Primjeri uzroka "loše"

kvalitete električne energije su udari groma, nelinearna trošila te loše instalacije i uzemljenja.

Izraz "loša" kvaliteta električne energije nije prikladan za stručnjake jer ne govori pobliţe o

mogućim uzrocima i problemima ovakvoga stanja. Naime, postoji nekoliko načina kako

opskrbni napon moţe varirati, pri čemu napon djelomično ometa pravilan rad odreĎene opreme.

Izraz "kvaliteta električne energije" često se upotrebljava za opisivanje tih posebnih

karakteristika opskrbnog napona. Analiza kvalitete električne energije obično obuhvaća sljedeće

osobine napona:

naponski propadi i prekidi,

naponska kolebanja,

harmonici i meĎuharmonici,

prijelazni prenaponi,

valovitost,

tranzijentni prenaponi,

naponska nesimetrija,

promjene osnovne frekvencije mreţe,

8

prisutnost istosmjernog napona u izmjeničnom te

prisutnost signalnih napona.

Moţemo definirati kvalitetu električne energije kao stupanj otklona od nazivnih vrijednosti

navedenih pokazatelja, a takoĎer i kao stupanj utjecaja uporabe i isporuke električne energije na

performanse električne opreme.

Nije neophodno mjerenje i razmatranje svih tipova poremećaja i u ovom radu će biti obraĎeni

oni pokazatelji kvalitete električne energije koji se u praksi najčešće pokazuju problematičnima:

- kolebanja napona, posebno ona koja izazivaju treperenja napona,

- naponski propadi i prekidi,

- previsoki naponi i prenaponi,

- harmonici opskrbnog napona te

- nesimetrični naponi u trofaznom sustavu.

2.3.1. Kolebanje napona i treperenje

Mnogobrojna ukapčanja i iskapčanja električne opreme spojene na opskrbnu mreţu, uzrokuju

neprestano mijenjanje napona. Te promjene ovise o impedanciji mreţe, te je razina kolebanja

veća što je impedancija veća. Ovisno o tome jesu li u pitanju rastuće promjene ukupnog

opterećenja mreţe ili su to isprekidane promjene velikog trošila, promjene mogu biti spore ili

brze.

Kolebanje napona je serija naponskih promjena ili periodična promjena envelope napona (slika

2.1). Amplituda ovih iznenadnih promjena općenito ne prelazi 6 – 8 % nazivnog napona.

Envelopa napona

Vrijeme

Am

pli

tud

a

Valni oblik napona

Slika 2.1. Valni oblik napona na promjenjivom opterećenju.

9

Treperenje napona (engl. flicker) je vidom primjetno prekidanje izazvano svjetlosnim

podraţajem s vremenskim kolebanjem svjetlosne gustoće ili spektralne razdiobe. Treperenje

utječe na rasvjetu, a posljedica je naponskih kolebanja. Osjetljivost čovjeka na flikere ovisi o

frekvenciji amplitudalne promjene napona. Čovjek najjače osjeća flikere kod frekvencija od 7 Hz

do 10 Hz. U ovom rasponu čovjek primjećuje flikere nastale smanjenjem napona već od samo

0.3% efektivne vrijednosti napona. Granica kada se flikeri počinju primjećivati ovisi

individualno o promatraču.

Treperenje se definira na sljedeći način: ako u prostoriji boravi 100 ljudi pod jednakim uvjetima i

ako se intenzitet svjetla mijenja toliko da to opazi 50 od 100 nazočnih ljudi, kaţe se da treperenje

ima intenzitet 1. Intezitet 1 je granična vrijednost prema normi EN 50160 i sve vrijednosti veće

od 1 smatraju se neprihvatljivim za ljude i ureĎaje.

Kratkotrajno treperenje Pst (engl. short time, mjeri se unutar intervala od 10 minuta) osnovni

je parametar mjerenog treperenja. Dugotrajno treperenje Plt (engl. long time) računa se na

temelju 12 uzastopnih vrijednosti Pst jednadţbom: .

(2.1)

2.3.1.1. Promjene napona prema EN 50160

Normirani nazivni napon Un za niskonaponske javne mreţe je :

za trofazne mreţe sa četiri vodiča: Un = 230 V izmeĎu faznih vodiča i neutralnog

vodiča;

za trofazne mreţe s tri vodiča: Un = 230 V izmeĎu faznih vodiča.

1. Polagane promjene napona

Pri normalnim pogonskim uvjetima, bez uzimanja u obzir prekide opskrbe, 95 % 10 - minutnih

srednjih vrijednosti efektivne vrijednosti opskrbnog napona svakog tjednog intervala (bilo kojeg)

mora biti u opsegu: Un 10 %. Preostalih 5 % 10 - minutnih srednjih vrijednosti efektivne

vrijednosti opskrbnog napona svakog tjednog intervala (bilo kojeg) mora biti u opsegu: Un + 10

% / -15 % (tj. maksimalno: 253 V, a minimalno: 199,5 V).

3

12

1

3

12i

st

lti

PP

10

2. Brze promjene napona

Brze promjene napona uglavnom su izazvane promjenama tereta u postrojenjima potrošača ili

sklapanjima u mreţi. Pri normalnim pogonskim uvjetima brza promjena u pravilu ne prelazi 5

% nazivnog napona. MeĎutim, pod odreĎenim okolnostima mogu se više puta dnevno pojaviti

kratkotrajne brze promjene napona do 10 % Un.

NAPOMENA: promjena napona koja dovodi do opskrbnog napona manjeg od 1 % Un, smatra

se prekidom napona, tj. napajanja (vidjeti 2.3.2.).

Slika 2.2. Kolebanja napona.

3. Jakost treperenja

Pri normalnim pogonskim uvjetima dugotrajna jakost treperenja poradi promjena napona, ne

smije, tijekom bilo kojeg tjedna, prelaziti vrijednost: Plt = 1.

NAPOMENA: Reagiranje na treperenje je subjektivno i moţe biti vrlo različito ovisno o uzroku

treperenja i o razdoblju u kojem dolazi do treperenja. U pojedinim slučajevima smetnje su

moguće već kod vrijednosti: Plt = 1, dok u drugim slučajevima smetnji nema ni pri velikim

vrijednostima Plt.

11

Slika 2.3. Treperenje (flicker) napona.

2.3.1.2. Izvori kolebanja i treperenja napona

Ukapčanje ili iskapčanje električne opreme velikog kapaciteta uzrokuje iznenadne promjene

napona. MeĎutim, i neke vrste kućanske niskonaponske opreme mogu proizvoditi treperenja, ali

glavni izvori brzih kolebanja napona su industrijska opterećenja, npr.:

valjaonice,

veliki industrijski motori s promjenjivim opterećenjima,

lučne peći,

ureĎaji za lučno zavarivanje,

pilane,

uklapanje kondenzatora za korekciju faktora snage,

električni grijači vode velikih kapaciteta ili opterećenja velikih kapaciteta koja su

spojena na elektrodistribucijsku mreţu (samostalni obrtnici),

ureĎaji s x-zračenjem,

laseri,

fotokopirni ureĎaji velikih kapaciteta,

klimatizacijska oprema za hladne komore u mesnicama.

12

Naponske promjene uzrokovane velikim industrijskim trošilima utječu na velik broj drugih

potrošača spojenih na istu električnu mreţu. Kako kolebanja ovise o omjeru impedancije ureĎaja

koji stvaraju smetnje i impedancije napajanja, promjene su prilično različite ovisno o mjestu na

koje je ta oprema spojena (npr. blizu ili daleko od izvora napajanja).

2.3.1.3. Posljedice i metode za poboljšanja kod kolebanja i treperenja napona

Posljedice

Budući da naponska kolebanja u najčešće slučajeva ne premašuju 10% nazivnog napona, većina

električnih ureĎaja nisu osjetljivi na takve naponske promjene. Kao glavna posljedica brzih

naponskih promjene je svjetlosno treperenje, tj kolebanje osvjetljenja električnog izvora svjetla.

Pojava svjetlosnog treperenja ovisi o amplitudi kolebanja, učestalosti ponavljanja kolebanja, o

spektru te o duljini trajanja smetnje. Ova pojava uzrokuje psihološki učinak i u visokim

količinama moţe stvarati probleme epileptičarima.

U većini slučajeva razine treperenja su vrlo niske, ali smetnje koje uzrokuju nisu zanemarive,

pogotovo za čitanje te gledanje televizije. Naponska kolebanja najčešće ne utječu na sliku

zaslona televizora, ali gledatelj moţe osjetiti smetnje zbog treperenja koje dolazi od rasvjete u

istoj prostoriji, pogotovo ako je u pitanju pozadinska rasvjeta.

Zamjetljiva treperenja koja dolaze od ţarulje mijenjaju se ovisno o frekvenciji, a gornja

frekvencijska granica je 35 Hz i frekvencije iznad spomenute ne uzrokuju svjetlosna kolebanja

zbog toplinske inercije volframove niti. Ovo se odnosi na najčešće korištene gljivaste ţarulje 60

W nazivnog napona 230 V. Ţarulje veće snage imaju deblje ţarne niti, odnosno veću toplinsku

inerciju i zbog toga, uz jednaka naponska kolebanja, uzrokuju treperenja manjih iznosa.

Metode za poboljšanje

Nemoguće je u potpunosti kompenzirati treperenja, te se zbog toga provode poboljšanja kako bi

ublaţili negativne učinke.

Metode za poboljšanja su:

Zamjena vrste rasvjete - fluorescentne svjetiljke su manje osjetljive nego svjetiljke sa

ţarnom niti.

Ugradnja neprekidnog napajanja – UPS (engl. Uniterrupted Power Supply).

Podešavanje ureĎaja koji stvaraju smetnje - promjena reţima pokretanja motora koji

učestalo starta.

13

PreureĎenje mreţe - povećanje snage kratkoga spoja spajanjem rasvjete na najbliţu

točku napajanju.

Povećanje električne udaljenosti izmeĎu rasvjete i opterećenja koje stvara smetnje,

napajanjem toga opterećenja s posebnog transformatora.

Uporaba reaktivnog kompenzatora: ovaj ureĎaj osigurava reaktivnu kompenzaciju u

stvarnom vremenu. Treperenje se moţe smanjiti za 25 – 50 %.

Spajanje reaktancije u seriju: uvoĎenje samoindukcije u seriju s ureĎajem koji stvara

smetnje. U slučaju lučne peći treperenje se smanjuje za 30 %.

2.3.2. Naponski propadi i prekidi

Naponski propad je dvodimenzionalni elektromagnetski poremećaj, a odreĎen je razinom

napona i vremenom trajanja (slika 2.4.). Definira se dogovorno, prema praktičnim iskustvima te

ovisno o kontekstu u kojem se propadi razmatraju.

(trajanje)U

(amplituda)

(dubina)

Slika 2.4. Karakteristični parametri naponskog propada:

a) valni oblik,

b) efektivna vrijednost.

14

Vrijeme izmeĎu trenutka u kojem efektivna vrijednost napona pada ispod granične vrijednosti i

trenutka u kojem ponovno dostiţe graničnu, vrijednost je trajanje naponskog propada. Za

graničnu vrijednost se obično uzima donja vrijednost tolerancije za naponska kolebanja. Dubina

propada definira se kao razlika izmeĎu najmanje efektivne vrijednosti napona za vrijeme

propada i nazivnog napona.

Slika 2.5. Naponski propadi

Naponski prekid definira se kao stanje pri kojemu je opskrbni napon na mjestu isporuke manji

od 1 % nazivnog napona. Prekidi mogu biti dugotrajni (dulji od 3 minute) i kratkotrajni (do

uključivo 3 minute), te planirani i neplanirani.

2.3.2.1. Naponski propadi i prekidi u EN 50160

Norma EN 50160 definira naponski propad kao naglo, kratkotrajno smanjenje opskrbnog napona

na vrijednost izmeĎu 90 % i 1 % nazivnog (dogovorenog) opskrbnog napona, nakon kojeg se

ponovno uspostavlja prvotna vrijednost. Trajanje propada iznosi izmeĎu 10 ms i 1 min.

Promjene napona pri kojima se napon ne smanjuje ispod 90% nazivnog napona, ne smatraju se

15

propadima. Dopušteni orijentacijski broj propada napona tijekom jedne godine smije se kretati u

opsegu od 10 do 1000 (npr. 100 tjedno). Većina ih mora biti trajanja kraćeg od 1 s i amplitude

manje od 60 % nazivnog napona.

Trajanje oko 70 % kratkih prekida opskrbe godišnje mora biti kraće od 1 s. Za duge prekide

opskrbnog napona dopušta se 10 do 50 prekida opskrbnog napona godišnje.

2.3.2.2. Izvori naponskih propada i prekida

Glavni uzrok ovih poremećaja je električni kratki spoj na prijenosnim ili distribucijskim

mreţama. Kratki spoj definiramo kao proboj u dielektriku izmeĎu dvije strukture koje se nalaze

na različitim potencijalima i u normalnim slučaju su izolirane. Kod kratkog spoja dolazi do

velikog porasta struje koja onda uzrokuje velike naponske propade na impedancijama opskrbnog

sustava. Oni su nepredvidivi i neizbjeţni, a često su izazvani prenaponima (npr. udar munje) koji

opterećuju izolaciju preko granice izdrţljivosti. TakoĎer, izolacija moţe biti oslabljena, oštećena

ili premoštena utjecajem drugih vremenskih učinaka (vjetar, snijeg, led, sitne kapljice soli itd.),

utjecajem ili dodirom ţivotinja, vozila, opreme za iskapanje itd. Kvaliteta izolacije pada i zbog

starenja opreme.

Za zaštitu opskrbnih sustava sluţe ureĎaji koji odvajaju kratki spoj od izvora energije, a nakon

toga se sustav pribliţno vraća u prvobitno stanje. Upravo iznenadno smanjenje, a zatim i

oporavak opskrbnog napona je naponski propad. Trajanje propada je obično uvjetovano

vremenom prorade zaštitnih ureĎaja, a odvajanje kvara izaziva prekid (kratkotrajni ili dugotrajni)

za sve one korisnike koji se napajaju tim dijelom elektroenergetskog sustava. Moţe se dogoditi

su kvarovi prolazne prirode i napon se vraća na prijašnju vrijednost prije nego se izvrši

odvajanje.

Velika opterećenja ili kolebanja velikih magnituda, mogu izazvati velika kolebanja struje, a

posljedice su slične kao kod kratkog spoja. Zbog toga se za javne mreţe propisuje maksimalno

dozvoljeno kolebanje napona.

Naponski propadi i prekidi prenose se na niţe naponske razine putem transformatora, a broj

zahvaćenih faza i dubina naponskih propada ovise o vrsti kvara i spoju transformatora. Ovi

poremećaji ovise i o vrsti mreţe, tako je njihov veći broj na nadzemnim mreţama zbog loših

vremenskih prilika.

16

Dvodimenzionalna priroda naponskih propada podrazumijeva prikaz u tablici, s redovima koji

sadrţe klasifikaciju dubine te sa stupcima koji sadrţe klasifikaciju trajanja.

Na slici 2.6. je prikazana tablica naponskih dogaĎaja iz programa Codam 800. Svako polje u

tablici prikazuje broj prenapona ili propada prema odreĎenoj dubini i trajanju. Uokvireni dio

tablice predstavlja klasifikaciju propada prema UNIPEDE (engl. International Union of

Producers and Distributors of Electric Energy – MeĎunarodna unija proizvoĎača i distributera

električne energije).

Slika 2.6. Klasifikacija mjernih rezultata prema programu Codam 800 i UNIPEDE.

2.3.2.3. Posljedice i metode za poboljšanja kod naponskih propada i prekida

Naponski propadi i prekidi su najčešći uzrok problema s kvalitetom električne energije i mogu

poremetiti rad raznih ureĎaja i procesa.

Najosjetljiviji procesi i oprema su: slijedne proizvodne linije u kojima se ne moţe tolerirati

privremeni prekid rada bilo kojeg elementa u lancu (ispisivanje, izrada čelika, tvornica papira,

petrokemija itd.), rasvjeta i sigurnosni sustavi (bolnice, sustavi rasvjete u zračnim lukama, javne

zgrade, neboderi itd.), računalna oprema (centri za obradu podataka, banke, telekomunikacije

itd.), neophodna pomoćna postrojenja za elektrane.

Posljedice

Kod asinkronih i sinkronih motora naponski propadi djeluju na pad momenta vrtnje i izazivaju

usporavanja, koja ovise o dubini i trajanju propada. Ako je moment tereta veći od momenta

motora oni se zaustavljaju. Treba reći da sinkroni motori podnose dublje naponske propade jer je

njihov moment proporcionalan naponu, a moment asinkronog motora je proporcionalan kvadratu

napona.

17

Raĉunalna oprema (računala, mjerni ureĎaji) zauzimaju dominantnu ulogu u nadzoru, kontroli i

upravljanju instalacijama, u menadţmentu i proizvodnji. Sva ova oprema je osjetljiva na propade

dubine veće od 10 % nazivnog napona. Na slici 2.7. je ITIC krivulja (eng. Information

Technology Industry Council – Vijeće industrije računalne tehnologije) – nekada CBEMA

krivulja, koja prikazuje tipičnu toleranciju računalne opreme prema naponskim propadima,

prekidima i prenaponima.

Slika 2.7. Tipična tolerancija računalne opreme definirana ITIC krivuljom

Rad izvan ovih ograničenja moţe dovesti do prestanka funkcioniranja računalne opreme kao što

su gubitak podataka, netočne naredbe, kvarovi ili isključivanje. Posljedice ovise o uvjetima

ponovnog pokretanja, nakon oporavka napona.

Posljedice za pogone u kojima su strojevi s promjenjivom brzinom mogu biti: nedovoljan

opskrbni napon za motor (gubitak momenta, usporavanje), ne funkcioniranje kontrolnih krugova

koji se napajaju direktno s mreţe, povišenje struje pri oporavku napona, povišena struja i strujna

nesimetrija pri naponskom propadu na jednoj fazi. Naponski propadi dublji od 15 % obično

izazivaju posrtanje ovakvih pogona.

Kod rasvjete naponski propadi izazivaju prerano starenje električnih ţarulja i fluorescentnih

cijevi.

Metode za poboljšanja

Za smanjivanje i izbjegavanje naponskih prekida vaţnu ulogu imaju: arhitektura mreţe, sustavi

automatskog ponovnog ukapčanja, pouzdanost opreme, sustavi za nadzor i upravljanje te politika

odrţavanja. Efikasnost rješenja ovisi o točnoj dijagnozi. Na primjer, na mjestu priključka

potrošača na opskrbnu mreţu, vaţno je odrediti dolazi li naponski propad iz instalacije potrošača

(zajedno s odgovarajućim porastom struje) ili iz razdjelne mreţe (nema porasta struje).

18

Smanjenje broja naponskih propada i prekida moţe se postići povećanjem pouzdanosti svoje

infrastrukture (ciljano preventivno odrţavanje, modernizacija, podzemne instalacije) ili

rekonfiguracija elektroenergetskog sustava.

Smanjivanje trajanja i dubine naponskih propada na razini opskrbnog sustava se postiţe:

povećavanje elastičnosti u trafostanicama (nove prstenaste trafostanice), poboljšavanje svojstava

električnih zaštitnih ureĎaja (selektivnost, automatski ponovni uklop, ureĎaji s daljinskim

nadzorom, daljinsko upravljanje), povećavanje snage kratkog spoja u mreţi.

Smanjivanje trajanja i dubine naponskih propada na razini opreme postiţemo

smanjivanjem snage koju troše veliki promjenjivi tereti.

Osiguravanje imunosti opreme na naponske propade i prekide je nadomještanje nedostatka

snage ureĎajem za pohranu energije koji se nalazi izmeĎu razdjelnog sustava i instalacije.

Raspoloţivost ureĎaja za pohranu treba biti veća od trajanja poremećaja na koje sustav treba biti

imun.

Povećavanje sigurnosti procesa uglavnom se bazira na povećanju sigurnosti upravljaĉkog

sustava. U većini slučajeva, upravljački sustav nema veliku snagu te je zbog toga izuzetno

osjetljiv na poremećaje. Zato je često ekonomičnije, umjesto povećavanja imunosti napajanja,

povećati samo imunost upravljačkog sustava.

Prioritetna trošila kao što su npr. računala, rasvjetni i sigurnosni sustavi (bolnice, rasvjetni

sustavi zračnih luka, javne ustanove) te kontinuirane proizvodne linije (proizvodnja poluvodiča,

centri za obradu podataka, proizvodnja cementa, papira i čelika, petrokemija itd.), ne mogu

podnijeti očekivane razine smetnji. U takvim slučajevima treba povećati sigurnost napajanja.

Moguća tehnička rješenja ovise o potrebnoj snazi instalacije te o duljini naponskog propada ili

prekida:

besprekidna napajanja (UPS) – primjenjuje se prvenstveno kod naponskog prekida,

dok traje prekid, trošilo se napaja baterijama preko DC/AC pretvarača.

elektronički stabilizatori - elektronički ureĎaji za kompenziranje naponskih propada i

prekida na odreĎenu veličinu (napona) uz kratko vrijeme odziva.

izmjenjivači izvora napajanja - sluţe za upravljanje zamjenom izmeĎu glavnog i

zamjenskog izvora (i obratno) za napajanje prioritetnih trošila, a ako je potrebno oni

odbacuju neprioritetna trošila.

19

2.3.3. Previsoki naponi i prenaponi

2.3.3.1. Previsoki naponi u EN 50160

Definicija previsokog napona prema normi EN 50160 je dogaĎaj kada je gornja granična

vrijednost nazivnog napona (Un + 10 %) prekoračena. Najveća veličina previsokog napona

(prenapona) nije posebno utvrĎena. Naziv “prenapon” primjenjiv je samo za prijelazne pojave,

kakve su atmosferska praţnjenja (izvanjski prenaponi) te prenaponi kod uklapanja, isklapanja i

kratkih spojeva u elektroenergetskoj mreţi (unutrašnji prenaponi). Ostale pojave kada napon u

mreţi prelazi dopuštene granice valja zvati “previsokim naponom”.

2.3.3.2. Izvori previsokih napona

Prema uzrocima nastajanja previsoke napone dijelimo na: prolazne, sklopne i atmosferske.

Uzroci prolaznih previsokih napona mogu biti: proboj izolacije izmeĎu faze i zemlje (fazni

napon ispravne faze moţe dostići vrijednost linijskog napona), prekid neutralnog vodiča (raste

napon na ureĎajima koji su priključeni na fazu s najmanjim opterećenjem), kvarovi na regulaciji

generatora ili na regulaciji napona transformatora, prekompenzacija jalove snage

(kondenzatorske baterije uzrokuju povećanje napona, pogotovo tijekom niskog opterećenja).

Sklopni previsoki naponi posljedica su brzih promjena u strukturi mreţe (prorada zaštitnih

ureĎaja itd.). Mogu biti: sklopni prenaponi pri normalnom opterećenju, previsoki naponi nastali

uklapanjem i isklapanjem niskih induktivnih struja, previsoki naponi nastali sklapanjem

kapacitivnih krugova (neopterećeni vodovi ili kabeli te kondenzatorske baterije).

Atmosferski previsoki naponi se javljaju uslijed udara munje, pri tome razlikujemo: izravan

udar munje (na vod ili dio mreţe) i neizravne posljedice munje (inducirani prenaponi i porast

potencijala Zemlje).

2.3.3.3. Posljedice i metode za poboljšanja kod previsokih napona

Posljedice

Posljedice ekstremno variraju ovisno o periodu dogaĎaja, o učestalosti ponavljanja, o magnitudi,

o gradijentu te o frekvenciji:

20

proboj dielektrika – izaziva značajno i trajno oštećenje opreme (elektroničke

komponente itd.),

propadanje opreme tijekom vremena (previsoki naponi s učestalim ponavljanjem),

dugotrajni naponski prekidi izazvani uništenjem opreme,

poremećaji u upravljačkim i komunikacijskim sustavima,

elektrodinamički i toplinski udar (poţar) izazvani munjom ili sklopnim prenaponima.

Metode za poboljšanja

Zaštita od previsokih napona, osim opreme uključuje i zaštitu osoblja. Kako bi najbolje

uravnoteţili tehnički i ekonomski aspekt, podrazumijeva se:

poznavanje razine i energije previsokih napona koji se mogu pojaviti u mreţi,

odabir razine tolerancije previsokog napona elektroenergetskih komponenata

vodeći računa o ograničenjima mreţe,

uporaba zaštitnih ureĎaja gdje je to neophodno.

Kod prolaznih previsokih napona treba isključiti sve ili neke od kondenzatora u periodima

niskog opterećenja.

Metode kod sklopnih previsokih napona su:

Ograničiti tranzijente punjenja (nabijanja) kondenzatora instaliranjem fiksnih

zavojnica. Statički automatski reaktivni kompenzatori koji upravljaju trenutkom

zatvaranja posebno su prikladni za niskonaponsku opremu koja ne moţe podnijeti

prijelazne prenapone (PLC, računalni sustavi).

Spojiti linijske prigušnice dolazno od frekvencijskog pretvarača čime se

ograničavaju posljedice prijelaznih prenapona.

Od udara munje razlikujemo primarnu i sekundarnu zaštitu:

Primarna zaštita štiti zgrade i njihove strukture od direktnih udara groma

(uzemljivači, Faradayevi kavezi te uţad za uzemljenje nadzemnih vodova).

Sekundarna zaštita štiti opremu od previsokih napona koji su posljedica udara

munje (instalacija odvodnika prenapona na posebno izloţene točke).

Vaţno je naglasiti da se atmosferski prenaponi, osim kroz električnu mreţu, mogu prema opremi

prenositi i drugim putovima: telefonskim linijama (telefon, telefaks) te koaksijalnim kabelima

(računalne veze, TV antene). Za zaštitu od ovakvih prenapona takoĎer postoje zaštitni ureĎaji

koji su dostupni na trţištu.

21

2.3.4. Harmonici

Uporaba velikog broja nelinearnih poluvodičkih ureĎaja ponajprije uzrokuju harmoničke

poremećaje valnog oblika napona koji utječu kako na distribucijsku mreţu tako i na opremu

potrošača. Na razinu harmoničkih poremećaja u elektroenergetskom sustavu u mnogome

doprinosi uporaba sklopnih napajanja umjesto napajanja s transformatorom i ispravljačem. To

uzrokuje pojavu 5. harmonika čija razina ovisi o nazivnoj snazi opreme i za posljedicu ima

izobličenje oblika osnovnog vala. Što su veći harmonički poremećaji napona, tako rastu i

problemi vezani za ubrzano starenje opreme, preopterećenje neutralnih vodiča, te problem u

napajanju osjetljivih trošila (npr. medicinske opreme, koja zahtjeva čisti sinusni oblik).

Zbog ovih problema, operatori mreţe nadziru sustav kako bi dobili uvid u trenutno stanje

opterećenja harmonicima i mogući razvoj situacije u tom smislu.

Harmonici su sinusni naponi ili struje s frekvencijama koje su cjelobrojni višekratnici nazivne

frekvencije (frekvencija na kojoj radi sustav napajanja, tj. 50 Hz u Europi). Dakle, periodičke

funkcije frekvencije f mogu se rastaviti na zbroj sinusnih valnih oblika frekvencije h x f, gdje

slovo h označava red harmonika, cijeli je broj i veći je od 1. Komponenta prvog reda tj. nazivna

frekvencija mreţe je osnovna i najveća komponenta harmoničkog spektra. Slika 2.8. prikazuje

sinusni val koji je izobličen utjecajem 3. i 5. harmonika.

Slika 2.8. Primjer izobličenog sinusnog vala.

22

Dopuštene vrijednosti napona viših harmonika iskazujemo: pojedinaĉno, njihovim efektivnim

vrijednostima (Uh) izraţene u postocima efektivne vrijednosti nazivnog napona (Un) i

zajedniĉki, faktorom ukupnog harmoničkog izobličenja - THD (eng. Total Harmonic

Distortion). Ukupno harmonijsko izobličenje napona (THDU) dobivamo iz zbroja efektivnih

vrijednosti napona od 2. do 40. harmonika, a prikazuje se relativno u odnosu na efektivnu

vrijednost osnovnog naponskog harmonika (Un = 230 V), tj. prema relaciji (2.2).

(2.2)

2.3.4.1. Napon višeg harmonika u EN 50160

Pri normalnim pogonskim uvjetima 95 % 10-minutnih srednjih vrijednosti efektivne vrijednosti

napona svakog pojedinog višeg harmonika ne smije, ni u jednom tjednom intervalu, prelaziti

vrijednost iz tablice 2.2. Treba napomenuti da kod pojedinih viših harmonika rezonancije mogu

izazvati više napone. U tablici su navedena ograničenja do 25. harmonika, a na više harmonike

do 40. vrijede ograničenja po uobičajenom dogovoru jer su te vrijednosti obično vrlo male, a

osim toga su i izrazito nepredvidive s obzirom na rezonanciju.

Neparni viši harmonici Parni viši harmonici

Koji nisu višekratnik od 3 Koji su višekratnik od 3

Redni br. h Uh u % Un Redni br. h Uh u % Un Redni br. h Uh u % Un

5

7

11

13

17

19

23

25

6,0

5,0

3,5

3,0

2,0

1,5

1,5

1,5

3

9

15

21

5,0

1,5

0,5

0,5

2

4

6 - 24

2,0

1,0

0,5

Tablica 2.2. Vrijednosti pojedinih viših harmonika (do 25. harmonika) prema normi EN 50160

nh

hUU

UTHD%100

)(40

2

2

23

TakoĎer, prema normi EN 50160 ukupni utjecaj viših harmonika, tj. ukupno harmoničko

izobličenje (THD) opskrbnog napona, koji se izračunava uz uzimanje u obzir svih viših

harmonika do 40. višeg harmonika, ne smije prelaziti vrijednost 8 % Un.

2.3.4.2. Izvori harmonika

Izvori viših harmonika su većinom nelinearna trošila koja generiraju valni oblik različit od

valnog oblika napajanja (slika 2.9.). Naponski harmonici se pojavljuju kroz impedancije mreţe te

uzrokuju izobličenja koja mogu ometati rad ostalih potrošača spojenih na isto napajanje. Prema

tome, vrijednosti impedancija napajanja imaju vaţnu ulogu u ograničavanju naponskih

izobličenja pri raznim harmoničkim frekvencijama. Ako je impedancija izvora niska, naponsko

izobličenje je takoĎer nisko.

Naponski izvor

Generator

harmonika

Ostala trošila

Slika 2.9. Izobličenje mreţnog napona utjecajem nelinearnog trošila.

Trošila koja generiraju harmonike u industriji su:

- trošila s energetskom elektronikom: pogoni, ispravljači (diodni ili tiristorski),

pretvarači ili sklopna napajanja (ova trošila su sve prisutnija zbog svojih višestrukih

prednosti, kao što su fleksibilno upravljanje, izvrsna energetska djelotvornost itd.),

- trošila s elektriĉnim lukom: lučne peći, ureĎaji za zavarivanje,

- rasvjeta: visokotlačne ţarulje, fluorescentne cijevi,

- pokretanje motora pomoću elektroniĉkih pokretaĉa

- uzbuda energetskih transformatora.

Visoka razina struja viših harmonika koje dolaze iz usluţnog sektora obično je povezana s

velikom instalacijom raĉunalne opreme.

24

Struje viših harmonika injektirane iz opreme u kućanstvima koja je spojena na distribucijsku

mreţu: trošila s pretvaraĉima ili sklopnim napajanjima: kao što su televizori, mikrovalne

pećnice, računala, pisači, fotokopirni ureĎaji, sklopke s potenciometrima, kuhinjski ureĎaji te

fluorescentne svjetiljke. Općenito, ova oprema pojedinačno ima malu nazivnu snagu i proizvodi

struje viših harmonika niskih razina. Ali, zbog velikog broja ovakvih trošila te zbog vrlo česte

istovremene uporabe tijekom dugih perioda, kumulativni efekt svih ovih malih doprinosa emisije

harmonika nije zanemariv. Uporaba ovakve opreme takoĎer stalno raste.

Na slici 2.10. prikazana su neka nelinearna trošila s valnim oblikom struje i spektrom viših

harmonika koje generiraju.

Slika 2.10. Karakteristike nekih uzročnika harmonika.

Nelinearna trošila Valni oblik struje Spektar THD

Pogoni s

promjenjivom

brzinom

Ispravljaci/punjaci

Fluorescentna

rasvjeta

Racunala

Nelinearna trošila Valni oblik struje Spektar THD

Pogoni s

promjenjivom

brzinom

Ispravljaci/punjaci

Fluorescentna

rasvjeta

Racunala

25

Razine harmonika općenito ovise o načinu rada ureĎaja, vremenu i godišnjem dobu (npr. grijanje

zimi i rashlaĎivanje klima-ureĎajima ljeti).

Izvori najčešće generiraju neparne harmonike. Uzbuda energetskog transformatora, polarizirana

trošila (poluvalni ispravljači) i lučne peći, uz neparne harmonike, proizvode i parne.

Harmonički spektar moţe biti diskretan ili kontinuiran te vrlo slučajan (lučne peći) i isprekidan

(ureĎaji za zavarivanje).

2.3.4.3. Posljedice i metode za poboljšanja kod harmonika

Posljedice

Problemi koji u elektroenergetskom sustavu nastaju zbog prisutnosti viših harmonika su brojni i

utječu na dodatne troškove i to zbog:

- opadanja energetske djelotvornosti instalacija (energetski gubici)

- predimenzioniranja opreme

- gubitaka u produktivnosti (ubrzano starenje opreme, neţeljeno isklapanje)

Posljedice moţemo podijeliti na kratkotrajne, srednje i dugotrajne, a kako bismo ih proučili i

smanjili njihov efekt, moramo mjeriti i analizirati mnogobrojne parametre.

Trenutne ili kratkotrajne posljedice

Neki od najvaţnijih kratkotrajnih posljedica harmoničkih poremećaja u mreţama su:

Uništenje kondenzatora u instalacijama potrošača zbog povećanja pogonske struje

uslijed rezonancije. Ovaj efekt posebno je primijećen:

- u industrijskim instalacijama koje imaju statičke pretvarače,

- u usluţnom sektoru gdje je prisutna velika instalacija fluorescentnog

osvjetljenja koja sadrţi kondenzatore za faktor snage i

- u područjima koja su značajno opterećena računalima.

Nepotrebna prorada zaštitnih ureĎaja. Harmonici imaju štetan utjecaj većinom na

termičke zaštitne ureĎaje.

Smetnje koje utječu na sustave s niskim strujama (daljinsko upravljanje,

telekomunikacije, hi-fi sustavi, računalni zasloni, TV)

26

Dugotrajne posljedice

Viši harmonici su odgovorni za strujna preopterećenja koja uzrokuju prekomjerno pregrijavanje i

prerano starenje opreme, a to stvara dugotrajne probleme kao što su:

Pregrijavanje transformatora i neutralnih vodiča uzrokovano strujama viših

harmonika, pogotovo harmonicima trećeg reda.

Neutralni vodiči u instalacijama i sustavima napajanja imaju isti poprečni presjek

kao i fazni vodiči. U novijim instalacijama već postoji i uporaba neutralnih vodiča

s većim poprečnim presjekom zbog povećanih struja trećeg harmonika.

Retrospektivna ugradnja takvih većih neutralnih vodiča u postojeće mreţe mogla

bi prouzročiti astronomske troškove, uključujući i značajni porast potraţnje za

bakrom i aluminijem.

Loši faktori snage povezani s nelinearnim opterećenjima odgovorni su za znatno

povećanje razina struja u elektroenergetskim sustavima i instalacijama potrošača te

stoga i povećanjem troškova gubitaka.

Uništenje opreme (kondenzatori, prekidači itd.)

Metode za poboljšanja

Razloga za ograničavanje smetnji izazvane harmonicima ima više, ali u industrijskim

postrojenjima dva su osnovna. Prvi razlog je sprječavanje interferencije, kvarova i

preopterećenja opreme, a isto tako i instalacija na koje je oprema povezana. Drugi razlog je

ograničavanje emisije struja viših harmonika u mreţu napajanja čime se ispunjavaju propisi

isporučitelja električne energije.

Vaţnu ulogu u izboru metoda za smanjenje smetnji uzrokovanih harmonicima ima vremenski

okvir. Tako je pristup rješavanju problema bitno drugačiji pri izgradnji novog industrijskog

postrojenja ili ugradnji nove opreme nego kod postojećih postrojenja.

Da bi se problemi uzrokovani harmonicima smanjili ili eliminirali postoji nekoliko osnovnih

rješenja:

Smanjenje intenziteta harmonijskih struja,

Postavljanje filtara,

Popravka faktora snage.

27

Smanjenje intenziteta harmonijskih struja

Izvori harmonika se općenito ponašaju kao strujni generatori i zbog toga nastojimo smanjiti

intenzitet tih struja. Ova metoda obično podrazumijeva mijenjanje načina rada postrojenja koji

generiraju harmonike. Takav pristup je u praksi teško izvesti, jer to moţe utjecati na kompletan

proizvodni proces, odnosno moguće je jedino u fazi projektiranja. Neka od rješenja koja se

koriste pri ograničavanju viših harmonika u fazi projektiranja su:

Odvajanje nelinearnih trošila od osjetljive opreme (Slika 2.11.)

Slika 2.11. Razmještanje nelinearnih trošila

Grupiranje nelinearnih trošila, koji se priključuju na odvojene sabirnice (Slika 2.12.)

Slika 2.12. Priključenje više nelinearnih trošila na odvojene sabirnice

Instaliranje više transformatora, jedni napajaju nelinearna trošila, a drugi linearna,

odnosno osjetljiva trošila (Slika 2.13.)

Slika 2.13. Posebni transformatori za posebnu vrstu trošila

28

Odgovarajućim sprezanjem transformatora mogu se ograničiti viši harmonici. Sprega

namotaja u trokut dovodi do blokiranja harmonika koji su djeljivi sa 3 (h3, h6, h9 itd.).

Unošenjem faznog pomaka za 30 stupnjeva, sprezanjem sekundara transformatora u

zvijezdu i trokut, dobiva se efekt 12-pulsnog ispravljača, tj. eliminiraju se 5-ti i 7-mi

harmonik (Slika 2.14).

Slika 2.14. Eliminiranje pojedinih harmonika sprezanjem namotaja transformatora

Postavljanje filtara

U slučajevima kada navedena rješenja nisu dovoljna ili ih je nemoguće izvesti primjenjuje se

rješenje ugradnje filtara. Postoje tri vrste filtara: pasivni, aktivni i hibridni.

Pasivni filtri se najčešće postavljaju paralelno s trošilom i sastoje se od kondenzatora s dodanom

prigušnicom (Slika 2.15.). Rezonantna frekvencija filtra se proračunava uvijek da bude nešto

ispod frekvencije najniţeg dominantnog harmonika. Time se osigurava da filtar pravilno radi i u

slučaju oscilacija parametara kondenzatora zbog temperature i sl., a i da se izbjegne da se

antirezonantna frekvencija pribliţi frekvenciji harmonika. Primjena serijskih filtra se rjeĎe

primjenjuje, a cilj im je da predstavljaju visoku impedanciju za harmonike struje i na taj način

blokiraju njihovo širenje u mreţu. Primjenjuju u postrojenjima koja sadrţe nelinearna

opterećenja čije snage idu preko 200 kVA, u postrojenjima koja traţe popravku faktora snage i u

postrojenjima gdje se izobličenje napona mora smanjiti na dopuštene vrijednosti, da bi se

izbjegao utjecaj na osjetljiva trošila.

Slika 2.15. Pasivni filtar

29

Aktivni filtri su u stvari energetski elektronski pretvarači, koji su tako programirani da vrše

kompenzaciju viših harmonika. Aktivni filtri kompenziraju više harmonike, proizvedene od

strane nelinearnih trošila tako što proizvode iste takve harmonike samo suprotnih faza. Sa takvim

filtrom se osigurava “čista” sinusoidna struja mreţe, a često i faktor snage 1. Sloţenije

konfiguracije omogućuju potpuno otklanjanje svih poremećaja, koji utiču na kvalitetu električne

energije. Primjenjuju se u postrojenjima koja sadrţe nelinearna opterećenja čije su snage manje

od 200 kVA i u postrojenjima kod kojih bi uslijed velikog izobličenja struje došlo do

preopterećenja.

Slika 2.16. Aktivni filtar

Slika 2.17. Valni oblici struja prije i poslije filtriranja

30

Popravka faktora snage

Najjednostavniji način da se ostvari kontrola viših harmonika i pritom popravi faktor snage je

ugraĎivanje kondenzatorskih baterija za kompenzaciju jalove snage. Njihova rezonantna

frekvencija je često blizu frekvencije karakterističnih harmonika, pa dolazi do neţeljenih

negativnih pojava. Dodavanjem serijske impedancije u krug kondenzatora negativne pojave se

mogu otkloniti, shematski je to pokazano na slici 2.18. Ugradnjom kondenzatorskih baterija

ostvaruje se značajna kontrola petog harmonika.

Slika 2.18. Kondenzatorska baterija s dodanim serijskim impedancijama

31

2.3.5. Naponska nesimetrija

Nesimetrija napona je stanje pri kojem se naponi u trofaznom sustavu meĎusobno razlikuju po

iznosu (amplitudi) ili ukoliko kut izmeĎu pojedine dvije faze nije 120°. Mjerilo asimetričnosti

napona definirano je kao omjer inverzne i direktne (izravne) komponente. Stupanj nesimetrije se

obično izraţava kao omjer inverzne komponente (ili nulte) i direktne komponente. Naponi

inverzne (ili nulte) komponente većinom su posljedica struja tih komponenti koje nastaju zbog

nesimetričnih opterećenja u mreţi (Slika 2.19.).

Direktna

komponenta

Inverzna

komponenta

Nulta

komponenta

Ua0

Ub0

Uc0

Ua+

Ub+Uc+

Ua-

Ub-

Uc-

Slika 2.19. Simetrične komponente nesimetričnog trofaznog sustava.

Slika 2.20. Primjer nesimetričnog trofaznog napona u: a)vremenskoj domeni, b)

fazorskoj (vektorskoj) domeni

Nesimetrija se definira pomoću simetričnih komponenata U+, U- i U0, gdje je:

3

)( 3

2

21 UaaUUU - napon direktne komponente

32

3

)( 32

2

1 aUUaUU - napon inverzne komponente i

3

)( 321

0

UUUU - napon nulte komponente,

pri čemu je: )

3

2( j

ea , a U1, U2 i U3 su fazni naponi.

Vrlo često se nesimetrija definira i kao U

U.

2.3.5.1. Naponska nesimetrija u EN 50160

Pri normalnim pogonskim uvjetima 10-minutna srednja vrijednost efektivne vrijednosti inverzne

komponente napona ne smije, kod 95% srednjih vrijednosti svakog tjednog intervala, prelaziti

2% odgovarajuće izravne komponente. U nekim mreţama s postrojenjima potrošača, koja su

djelomično priključena jednofazno ili dvofazno, pojavljuju se na trofaznim mjestima predaje

nesimetrije do oko 3%.

Napomena: Ova norma sadrţi samo vrijednosti za inverznu komponentu, jer je samo ona vaţna

za analizu moguće smetnje aparatima priključenima na mreţu. Analiziraju se istodobno

amplitude faza i fazni kutovi.

2.3.5.2. Izvori nesimetrije

Nesimetrija u distribucijskim mreţama uzrokovana je neravnomjernom raspodjelom tereta po

fazama ili kvarom. Izvori nesimetrije su jednofazna i dvofazna opterećenja kao što su: vlakovi,

lučne peći na mreţama srednjeg i visokog napona, indukcijske peći, različito distribuirana

opterećenja potrošača na jednofaznom niskonaponskom sustavu. Prevladavajući uzrok

nesimetrije su nesimetrično rasporeĎena jednofazna opterećenja. U niskonaponskim mreţama

jednofazni tereti su skoro isključivo spojeni na fazu i nulu, ali se distribuiraju više ili manje

podjednako na sve tri faze. Na srednjenaponskim i visokonaponskim mreţama jednofazni tereti

se mogu spajati i na dvije faze i na fazu i nulu. U vaţne jednofazne terete ubrajaju se izmjenična

napajanja ţeljeznice i jednofazne peći. Širenjem s niţih na više naponske razine, naponi inverzne

komponente se u velikoj mjeri ublaţavaju. Ublaţavanje u smjeru s viših na niţe naponske razine

ovisi o prisutnosti trofaznih rotirajućih strojeva koji imaju svojstvo uravnoteţivanja.

33

2.3.5.3. Posljedice i metode za poboljšanja kod nesimetrije

Posljedice

Glavni učinak nesimetrije je pregrijavanje trofaznog asinkronog stroja. Impedancija inverzne

komponente stroja ekvivalentna je njegovoj impedanciji prilikom pokretanja. Zbog toga će stroj,

koji radi na nesimetričnom napajanju, povući struju s nekoliko puta većim stupnjem nesimetrije

nego kod napona izvora. Posljedica je znatno razlikovanje faznih struja, a time raste

pregrijavanje faza kroz koje teku najveće struje. Najekstremniji oblik nesimetričnog napajanja je

prekid spoja jedne faze, što ubrzano dovodi do uništenja stroja. Motore i generatore, pogotovo

one veće i skuplje, potrebno je opremiti zaštitom koja otkriva nesimetriju te ih potom isključuje

iz pogona.

Osjetljivost na nesimetrično napajanje pokazuju i višefazni pretvarači u kojima pojedinačni

ulazni fazni naponi doprinose u pretvaranju u istosmjerni izlaz. Kod ovih pretvarača nesimetrija

na istosmjernoj strani uzrokuje nepoţeljnu valovitu komponentu, a na izmjeničnoj strani

nekarakteristične harmonike.

S obzirom da je glavni učinak nesimetrije zagrijavanje namota u strojevima, kratkotrajne više

razine nesimetrije su prihvatljive, od nekoliko sekundi pa čak do nekoliko minuta.

Metode za poboljšanja

Elektroenergetski sustavi su po svojoj prirodi nesimetrični, a k tome i nasumičnost uključivanja i

isključivanja jednofaznih trošila, nejednake raspodjele jednofaznih trošila na faze doprinose

nemogućnosti postizanja potpune simetrije. Ipak, neke metode i rješenja značajno ublaţavaju

nesimetriju:

simetriranje jednofaznih opterećenja na sve tri faze,

reduciranje impedancije sustava odlazno od ureĎaja koji uzrokuju nesimetriju i to

povećanjem nazivne snage transformatora te presjeka vodiča,

ugradnja jednofaznih regulatora,

ugradnja prikladnih zaštitnih ureĎaja za strojeve,

uporaba pasivnih mreţa i statičkih var kompenzatora,

opremu koja je osjetljiva na nesimetriju ne treba spajati na sustave koji napajaju

jednofazne terete.

34

3. Mjerenje

Mjerenje je provedeno u Tehničkoj školi Nikole Tesle u Vukovaru na niskonaponskom razvodu

školske radionice u periodu od 22.09.2010. do 29.09.2010. tj. punih 7 dana. Mjerna oprema je

sadrţavala komplet mreţnog analizatora FLUKE 1745, a analiza izmjerenih podataka je

obraĎena na PC-u pomoću odgovarajuće programske aplikacije PQ Log koja je dio standardne

opreme ovog kompleta. Slijedi opisi tehničkih karakteristika ureĎaja za mjerenje, te opisi

postavljanja opreme i tijeka mjerenja.

3.1. Mreţni analizator FLUKE 1745

Mreţni analizator FLUKE 1745 je univerzalan alat za analizu kvalitete električne energije,

traţenje električnih smetnji i optimizaciju električne mreţe u niskonaponskim i

srednjenaponskim mreţama. Ovaj je instrument sposoban za snimanje čak do 500 parametara u

vremenskom periodu od 85 dana. Postavlja se u roku nekoliko minuta i automatski prikazuje sve

potrebne parametre. Kompaktno, potpuno izolirano kućište i dodaci koji se lako mogu postaviti i

na jako malom prostoru, omogućuju instaliranje pored samog napajanja unutar ormarića. Podaci

se mogu uzimati i tijekom snimanja bez prekida rada instrumenta. Priprema za snimanje kod

ovog ureĎaja se vrši uz pomoć odgovarajućeg PQ Log softvera. UreĎaj se povezuje na samu

mreţu kako bi snimio ţeljene parametre, njihove prosječne vrijednosti u tijeku vremena koje

zada sam korisnik. Uz pomoć Logger-a moguće je provoditi ispitivanja koja se tiču opterećenja u

tijeku odreĎenog perioda, ili se moţe promatrati kvaliteta energije kako bi se otkrile i otklonile

nepravilnosti i nedostaci u niskonaponskim i srednjenaponskim mreţama. Logger ima totalnu

zaštitu od prašine i zaštitu od vode, tako da ga je moguće montirati i van samih postrojenja.

Slika 3.1. Komplet FLUKE 1745

35

FLUKE 1745 je mjerni instrument klase točnosti sukladan s IEC61000-4-30 klasa –A naponska

točnost (0.1 %). UreĎaj mjeri kvalitetu električne energije prema europskoj normi EN 50160

(mjerna funkcija - Quality), a mjerni parametri ove norme su navedeni ranije u 2.2.2. Norma

zahtijeva mjerenje tijekom jednog tjedna (7 dana = 168 sati), nakon čega slijedi analiza rezultata.

Parametri koji se mjere uz pomoć Logger-a su sljedeći:

RMS (efektivna vrijednost) napona za svaku fazu (srednja vrijednost, minimum,

maksimum)

RMS za struju svake faze kao i za struju neutralnog vodiča (srednja vrijednost, minimum,

maksimum)

Promjene napona

Snaga (kW, kVA, kVAr, faktor snage)

Energija, ukupna energija

Flikeri (treperenja)

THD napona (ukupno harmonijsko izobličenje)

THD struje

Harmoničke napone do 50. harmonika

MeĎuharmoničke napone

Nesimetriju

Frekvenciju

Snimljene podatke je moguće obraditi pomoću PQ Log softvera kako bi se dobili sljedeći

rezultati:

Broj, datum/vrijeme i trajanje kratkih i polaganih promjena napona

Prekoračenja vrijednosti napona, i to maksimalne i minimalne vrijednosti za svaki

interval mjerenja

Vrijednosti i trajanje naponskih propada

Broj i trajanje prekida

UsklaĎenost harmonika i ograničenja vezanih za njih

Vrijednosti faznih struja kao i njihovih pikova

Vrijednost struje neutralnog vodiča

Ukupno harmoničko izobličenje (THD) za fazne struje i struju neutralnog vodiča

Vrijednosti djelatne (radne, aktivne), jalove (reaktivne) i prividne snage u tijeku vremena

Praćenje faktora snage kao i informacije o učinkovitosti sustava za kompenzaciju jalove

snage, ukoliko on postoji

Grafičko prikazivanje snimljenih podataka i statistike.

36

3.1.1. FLUKE 1745 – tehniĉke znaĉajke

Tehničke značajke (specifikacije) su prikazane u tablici 3.1.:

Mjerenje standardnih parametra snage: V, A, W, VA,

VAR,PF, energija, flikera, naponskih dogaĎaja (propadi,

prenaponi, prekidi) i THD

DA

Mjerenje naponskih i strujnih harmonika (do 50-tog),

nesimetrije, frekvencije i mreţnih signalnih napona DA

Otpornost na prašinu i vodu IP 50

Zaslon LED + LCD

Memorija 8 MB

Autonomija rada bez napajanja > 5 sati

Norma EN 50160 DA

Napajanje 88 V … 660 V ac

Sigurnost IEC/EN 61010-1 600 V CAT III,

300 V CAT IV, stupanj zagaĎenja

2., dvostruka izolacija

Radna temperatura 0˚C do 35˚C

Sučelje RS 232, 9600 …. 115 000 Baud,

automatsko podešavanje brzine

prijenosa, 3-ţična komunikacija

Dimenzije 282 mm x 216 mm x 74 mm

Teţina cca. 3 kg

Tablica 3.1. Specifikacije mreţnog analizatora FLUKE 1745

Standardna oprema Fluke 1743/1744/1745:

- 4 strujna svitka 15/150/1500/3000 A duljine priključnih kabela 2 m,

- CD-ROM s PQ Log softverom,

- RS232 spojni kabel i RS232-USB adapter,

- 4 krokodil hvataljke,

- mjerne vezice za napon i napajanje,

- komplet raznobojnih obujmica za označavanje vodiča,

37

- prijenosna torbica,

- ispitni certifikat s mjernim vrijednostima,

- tiskane korisničke upute na engleskom jeziku,

- ostali jezici na priloţenom CD-ROM-u.

3.2. IzvoĊenje mjerenja

Mjerenje je obavljeno u Tehničkoj školi Nikole Tesle u Vukovaru od srijede 22.rujna 2010. do

srijede 29.rujna 2010., odnosno točno 7 dana kako to zahtijeva Europska norma EN 50160.

Mjerni instrument FLUKE 1745 je prethodno pripremljen za snimanje odreĎenih parametara uz

pomoć PQ Log softvera.

Logger je montiran u glavni ormarić (ormarić br.1) na niskonaponskom razvodu u strojarskoj

radionici škole. Jednostavno i lako, u roku od nekoliko minuta, instrument je postavljen i

priključen pomoću odgovarajuće opreme koja se nalazi u kompletu (Slika 3.1.) s trima fazama i

neutralnim vodičem.

Nakon toga, mjerni ureĎaj je uključen, te su se izmjereni parametri počeli snimati u 11:10 sati

22. 09.2010. Poslije točno tjedan dana (168 sati) displej ureĎaja pokazuje da je sve u redu i da je

snimanje završeno. Nakon demontaţe, FLUKE 1745 je spojen s PC-em kako bi se prebacili

snimljeni podaci radi analize.

38

4. Analiza rezultata mjerenja

Predstavljanje rezultata mjerenja počelo je sumarnim prikazom svih izmjerenih parametara u

odnosu na normu EN 50160 (Slika 4.1.). Crvena linija predstavlja graničnu vrijednost

parametara prema EN 50160, koja mora biti zadovoljena u 95% promatranog mjernog perioda.

Crveni stupci prikazuju vrijednosti koje su bile postignute tijekom 95% promatranog vremena,

relativno u odnosu na preporučenu vrijednost. Plavi stupci prikazuju vrijednosti koje su bile

zabiljeţene u ostalih 5% promatranog vremenskog intervala, koji za normu EN 50160 iznosi

tjedan dana.

Slika 4.1. Sumarni pokazatelji kvalitete električne energije u odnosu na EN 50160

Iz slike je vidljivo da kolebanja napona, prekidi, dogaĎaji, asimetričnost, signalni naponi (MTU –

mreţno tonfrekventno upravljanje) i linijska frekvencija zadovoljavaju uvjete norme EN 50160.

MeĎutim, slika harmonika i treperenja (flikera) koja prelaze ograničenja norme u sve tri faze

upozoravaju na nepravilnosti u opskrbnom naponu, tj. u mreţi.

39

Sumarni prikaz izmjerenih vrijednosti numerički prikazuje slika 4.2.

Slika 4.2. Numerički sumarni prikaz izmjerenih parametara

Analizom tablice uočavamo znatno povećanje napona 9. harmonika (ograničenja norme su za 9.

harmonik 1,5% relativno u odnosu na nazivni napon Un = 230 V) čija srednja vrijednost tijekom

95% promatranog vremena prekoračuje ograničenja norme (polja označena crvenom bojom) u

fazi L1 (1,74%) i L3 fazi (1,59%), dok je na samoj granici (1,48%) na fazi L2. Maksimalne

vrijednosti napona 9. harmonika (polja označena plavom bojom) su u sve tri faze za oko 0,20%

veće od srednjih vrijednosti što ukazuje na priličnu konstantnost ovog poremećaja. Kasnijom

analizom, posebno 9. harmonika će biti prikazani vremenski intervali u kojima se dogaĎaju

prekoračenja što mnogo govori o njihovim uzročnicima. Maksimalne vrijednosti dugotrajnog

treperenja Plt (flickera) takoĎer prelaze ograničenja prema normi (za EN 50160 ograničenje je

Plt < 1) u sve tri faze, ali srednja vrijednost prekoračuje uvjet norme samo za fazu L3 i to s jako

malim prekoračenjem (1,093). Glede povećanja napona 9. harmonika najkritičnija je faza L1, a

najveća vrijednost flikera je na fazi L3, što znači da ova dva poremećaja ne moţemo dovesti u

uzročno posljedičnu vezu.

40

Slijedi tablica naponskih udarnih prijelaznih stanja (dogaĎaja) slika 4.3. Uokvireni dio tablice

predstavlja klasifikaciju propada prema UNIPEDE (engl. International Union of Producers and

Distributors of Electric Energy – MeĎunarodna unija proizvoĎača i distributera električne

energije).

Slika 4.3. Tablica naponskih udarnih prijelaznih stanja (dogaĎaja)

Tablica pogonskih dogaĎaja pokazuje da je ukupan broj dogaĎaja 63 i to su sve bili naponski

propadi. Ovaj broj je ispod granice koju propisuje norma (do 100). Najveći broj propada 53 je

trajanja manjeg od 20 ms i razine od 10 do 15% Un, 3 propada je bilo u trajanju od 20 do 100 ms

iste razine. Propada u iznosu od 15 do 30% Un i trajanja u intervalu od 20 do 100 ms je 4, a 3

propada istog vremenskog intervala su bili velikog iznosa od 60 do 99% Un. Iz slike 4.2. se vidi

da je broj dogaĎaja tj. naponskih propada najveći na fazi L3 i to 56 od 63.

Slika 4.4. grafički prikazuje srednje vrijednosti napona napajanja u sve tri faze koje su označene

različitim bojama (plavom, crvenom i zelenom). Isprekidana plava linija označava ograničenja u

odnosu na normu tj. ± 10% Un (od 207 V do 253 V). Moţe se zaključiti da je opskrbni napon

zadovoljavajuće razine u sve tri faze i kreće se od 220 do 235 V.

41

Slika 4.4. Srednje vrijednosti pojnog napona

Iz tablice dogaĎaja vidimo da je bilo samo naponskih propada, zbog toga prikazujemo samo

minimalne vrijednosti opskrbnog napona (Slika 4.5.).

Slika 4.5. Minimalne srednje vrijednosti pojnog napona

42

Skaliranjem x osi (vremenskih perioda), moţemo točno odrediti u kojem 10 - minutnom inter-

valu se neki dogaĎaj odvijao. Za 3 propada trajanja od 20 do 100 ms i razine od 60 do 99% Un je

utvrĎeno da su se dogodili u utorak 28. rujna 2010. izmeĎu 15:10 i 15:20 i to za sve tri faze

(Slika 4.6.).

Slika 4.6.Vremenska lokacija naponskih propada

Slika 4.7. Pronalaţenje minimalnih efektivnih vrijednosti napona

43

Slika 4.7. pokazuje kako se mogu odrediti efektivne minimalne vrijednosti po fazama za

odreĎene 10 - minutne vremenske intervale. Tako pronalazimo da je “dubina” najvećih propada

po fazama iznosila 44,01 V za L1, 45,06 V za L2 i 39,00 V za fazu L3.

Iz sumarnih prikaza izmjerenih parametara se vidi da dugi treptaji napona (flickeri) Plt

prekoračuju ograničenja norme EN 50160 (Plt < 1) i to za fazu L3. Slika 4.8. pokazuje

vrijednosti Plt za sve tri faze, a područja s zelenom bojom predstavljaju prekoračenja u odnosu

na normu za fazu L3.

Slika 4.8. Dugi treptaji napona (flickeri)

Slično kao i kod naponskih propada, utvrĎeni su vremenski razmaci u kojima je vrijednost

flickera iznad dopuštene, a to su:

Petak 24.rujna: od 04:50 do 06:00, od 12:00 do 13:40 i od 17:40 do 20:00

Subota 25.rujna: od 04:40 do 04:50, od 07:10 do 07:40 i od 09:10 do 11:10

Ponedjeljak 27.rujna: od 01:30 do 02:20, od 14:10 do 14:20 i od 20:50 do 22:20.

Zaključujemo da u terminima koji su ispisani podebljanim slovima nije bilo nikakvih aktivnosti

u zgradi škole, odnosno nema trošila koji su u to vrijeme uključeni (osim nekoliko rasvjetnih

mjesta). Prema tome, uzročnike ovog poremećaja treba traţiti van zgrade škole, tj kod drugih

potrošača koji se napajaju iz istog transformatora. TakoĎer, mogu se dovesti u vezu broj

naponskih propada, odnosno efektivnih minimalnih vrijednosti za istu fazu L3 (Slika 4.5.) s

povećanim iznosima treperenja.

44

Nesimetrija napona je u granicama norme EN 50160, tj. 10-minutna srednja vrijednost efektivne

vrijednosti inverzne komponente, kod 95% srednjih vrijednosti tjednog intervala, ne prelazi 2%

odgovarajuće izravne komponente (Slika 4.9.).

Slika 4.9. Nesimetrija napona

Slika 4.10. pokazuje da je promjena frekvencije u granicama norme (± 1% od nazivne

frekvencije 50 Hz).

Slika 4.10. Promjene frekvencije

45

Ukupno harmoničko izobličenje THD (Slika 4.11.) je u granicama norme i ne prelazi 4,5% Un

(za normu EN 50160 dozvoljena vrijednost je do 8% Un).

Slika 4.11. Ukupno harmoničko izobličenje

Slika 4.12. Sadrţaj naponskih harmonika

46

Iako je THD daleko ispod granice norme, numerički sumarni prikaz pokazatelja kvalitete

električne energije (Slika 4.2.) pokazuje znatno povećanje napona harmonika h9 što otkriva i

slika 4.12. koja pomoću stupčastih dijagrama prikazuje sadrţaj naponskih harmonika do 50.

harmonika. Slika 4.13. prikazuje napone 9. harmonika u odnosu na normu EN 50160, iz koje je

vidljivo kada i u kojoj mjeri vrijednosti prelaze graničnu vrijednost (1,5% Un). Područja s

plavom bojom predstavljaju prekoračenja norme za fazu L1 za koju su vrijednosti najveće.

Slika 4.13. Napon 9. harmonika prema normi EN 50160

Kada se pogledaju vremenska razdoblja za koje 9. harmonik ima povišene vrijednosti oni se

točno podudaraju s vremenom početka i završetka nastave u školi (od 07:00 do 19:00). Za

razliku od treperenja (flickera), zaključujemo da poremećaje vezane za h9 izazivaju nelinearna

trošila u zgradi. Da je to stvarno tako i da su uzročnici harmonika mnogobrojna računala i

monitori s katodnom cijevi, potkrepljuje se slikom 4.14. Skaliranjem na 8 sati dana 24.rujna

(petak) je utvrĎeno da poremećaji počinju u 8:50 (kada počinje 3. sat što odgovara izvoĎenju

nastave u informatičkim učionicama), na kratko se smiruju (od 11:10 do 11:20 – odmor), zatim

traju sve do 12:40 i ponovo počinju u 13:20 što u potpunosti odgovara pauzi izmeĎu smjena. U

drugoj smjeni poremećaji se podudaraju s završetkom 5. sata, a i lijepo se vidi smirivanje za

vrijeme školskog odmora (od 14:40 do 14:50).

47

Slika 4.14. Napon 9. harmonika za petak 24. rujna u periodu od 08:50 do 16:50

48

5. Zakljuĉak

Analizom rezultata mjerenja u Tehničkoj školi Nikole Tesle u Vukovaru je utvrĎeno da kvaliteta

električne energije nije u skladu s Europskom normom EN 50160, zbog toga što ograničenja iz

norme prekoračuju naponi 9. harmonika i vrijednosti treperenja (flickera). Za ostalih 6

parametara: kolebanja napona, naponski dogaĎaji (prekidi i propadi), asimetričnost napona,

signalni naponi, linijska frekvencija i THD (ukupno harmoničko izobličenje) je utvrĎeno da su

im vrijednosti daleko ispod granice koju propisuje norma. Dakle, kvaliteta ovih parametara u

potpunosti zadovoljava.

Treperenja u pojedinim trenucima poprimaju nedopuštene vrijednosti i to za sve tri faze, a

najkritičnija faza je L3 kojoj i srednja vrijednost tijekom 95% vremena u kojemu je mjerenje

vršeno (159,6 h od ukupno 168 h) prelazi ograničenja norme. Lokalizacijom vremenskih

intervala u kojima su vrijednosti flikera najveća, moţe se zaključiti da ih ne generiraju trošila

unutar školske zgrade. Povišene vrijednosti se pojavljuju u noćnim satima, ranim jutarnjim

satima i vikendom kada nema nikakvih trošila unutar zgrade koja su aktivna, što dokazuje da su

uzročnici negdje drugdje u elektrodistribucijskoj mreţi. Treba napomenuti da smetnje koje

uzrokuju treperenja nisu zanemariva, pogotovo za čitanje, te da ova pojava uzrokuje psihološki

učinak i moţe stvarati probleme osobama s epilepsijom.

Što se tiče povećanog napona 9. harmonika, situacija je bitno drugačija i zaključak je da ovaj

poremećaj generiraju nelinearna trošila unutar škole. Temeljem točnih vremenskih intervala

nastanka i trajanja, utvrĎuje se da je uzrok uporaba računala i ostale informatičke opreme. U

školi ima preko 60 računala, a gotovo polovica njih imaju monitore s katodnom cijevi, zatim još

30-ak ureĎaja koji doprinose ovom poremećaju (pisači, fotokopirni ureĎaji, klimatizacija). Ovom

problemu doprinosi i starost te nepripremljenost instalacije za ova trošila. Instalacije datiraju iz

1936. godine kada je zgrada nastala, a ima jedan dio zgrade s aluminijskim vodičima. U novije

vrijeme, neke su učionice pretvorene u brojne kabinete, dvije su preoblikovane u školsku

strojarsku radionicu s vrlo raznovrsnim i zastarjelim strojevima, a sve te radove su izvodili

učenici uz pomoć profesora.

MeĎutim, u ovom trenutku školska zgrada se obnavlja te se postavlja nova instalacija koja će po

projektu biti dimenzionirana za navedene kabinete i nelinearna trošila. Treba očekivati da se ovi

problemi neće javljati u obnovljenoj zgradi, što će se i provjeriti ponovnim mjerenjem.

49

Električna energija se danas smatra robom odreĎene kvalitete, a potpunim otvaranjem, tj.

liberalizacijom trţišta prema Europskoj uniji postaje i obveza pridrţavanja odreĎenih normi i

propisa vezanih za njenu kvalitetu. Nuţnost uvoĎenja kriterija kvalitete električne energije se

očituje u sve većoj uporabi ureĎaja s nelinearnim karakteristikama koji svojim povratnim

djelovanjem utiču na elektrodistribucijsku mreţu, a time i odgovornost samih potrošača. Dakle,

norme i propisi su potrebni i isporučiteljima električne energije i potrošačima kako bi se utvrdilo

tko i u kojoj mjeri snosi odgovornost. Iz tog razloga električnu energiju treba mjeriti, pratiti i

analizirati, što potvrĎuje ovaj i mnogi drugi primjeri. Najznačajnija norma u Europskoj uniji je

EN 50160 i očekuje se da će biti prihvaćena i u Hrvatskoj, te je zbog toga ova analiza mjerenja

uraĎena prema toj normi.

50

Literatura

1. Z. Klaić: Mjerenje i analiza kvalitete električne energije u distribucijskoj mreţi prema

europskoj normi EN 50160; Magistarski rad, Elektrotehnički fakultet Osijek, Osijek,

srpanj 2006.

2. Ţ. Novinc: Kakvoća električne energije; Priručnik, Elektrotehnički fakultet Osijek, Osijek

2007.

3. Z. Klaić, S. Nikolovski: Kvaliteta električne energije – mjerenja prema normi EN 50160;

6. savjetovanje HO CIGRE, Cavtat, 2003., R. C4-14.

4. Z. Klaić, S. Nikolovski: Mjerenja i analiza kvalitete električne energije prema Europskoj

normi EN 50160 u Slavoniji; 7. savjetovanje HO CIGRE, Cavtat, 2005., R. C6-7.

5. URL: http://www.csanyigroup.com/ees-kvalitet-elektricne-energije-visi-harmonici-1

6. URL: http://www.fer.hr/_download/repository/EN50160-hr.pdf

7. URL: http://www.teknetelectronics.com/DataSheet/FLUKE/WEBFLUKE1745.pdf

8. S. Nikolovski, Z. Klaić: Analiza kvalitete električne energije u TS 10/0,4 kv «Domil»

Ţupanja; Elaborat, Elektrotehnički fakultet Osijek, Osijek, srpanj 2005.

9. A. Milković, Z Tonković: Mjerenje kvalitete električne energije u srednjenaponskoj

elektrodistribucijskoj mreţi; Studija, Institut za elektroprivredu i energetiku, Zagreb,

listopad 2005.

10. I. Flegar: Povratno djelovanje sklopova energetske elektronike na izmjeničnu mreţu;

Skripta, Zavod za unapreĎivanje školstva, Seminar za nastavnike elektrotehničkih škola,

Zagreb, travanj 2001.

51

Ţivotopis

RoĎen sam 30.11.1962. u Vinkovcima. Završio sam osnovnu školu u Markušici i poslije toga

„Elektrometalski školski centar“ u Osijeku. Nakon završetka srednje škole odlazim na

Pedagošku akademiju u Tuzli, gdje sam stekao naziv nastavnika matematike i fizike. Prvo radno

mjesto nastavnika bila mi je OŠ „Matija Gubec“ u Jarmini, a trenutno ţivim u Gabošu i radim u

Tehničkoj školi Nikole Tesle u Vukovaru. Ukupno imam 21 godinu radnog staţa u prosvjeti.

Godine 2004. upisao sam na Filozofskom fakultetu u Osijeku redovni studij na grupi fizika i

tehnička kultura s informatikom, sadašnji Odjel za fiziku Sveučilišta Josipa Jurja Strossmayera.